孔达米恩学过数学和测地学（关于地球形状和大小的科学），1730年由于测量和绘制非洲和亚洲海岸图的工作被选为法国科学院院士。1735年，他和他的团队从法国的拉罗切利港起程，驶向哥伦比亚和巴拿马，越过巴拿马地峡，向曼塔港进发。在这里，他的团队一分为二，一支由孔达米恩领头，其中还有水道测量家与数学家布格（Pierre Bouguer，1698—1758卡西尼学派的成员），他们向北前行70英里，沿着赤道勘测到了第一套数据。另一支，包括法国和西班牙的科学家，前往更南边的瓜亚基尔港，通向基多城的基地就设在这里，此地正处于赤道，安第斯山脉的高地。孔达米恩和布格完成测量任务后，布格重新加入另一支队伍前往基多，而孔达米恩则和埃斯梅拉达总督、测量员兼科学家马丹那多（Pedro Maldonado，1704—1748）继续在当地进行考察。他们靠独木舟航行，陪伴他们的是一伙从贩奴船逃出来的船夫。这两位科学家沿着人迹罕至的线路从埃斯梅拉达河来到基多。沿途是一片翠绿的丛林，其间还有爬藤植物以及各种奇异的植物和动物，孔达米恩详尽记录了沿途所见。他发现自己置身于一个声音和景色都极为丰富的世界之中：色彩艳丽的巨嘴鸟和鹦鹉，细小的蜂雀，吵吵嚷嚷的猴子与悄无声息的美洲虎，还有鳄鱼和貘。他遇上了使用吹箭筒的原住民，并带回一些原住民使用的毒药到欧洲。他看到丛林居民在橡胶树上引流汁液，注意到他们把这种柔软物质塑成有用的物体，于是收集了第一批橡胶样品带回欧洲。除了对数学、测地学和天文学的研究之外，他还涉猎了博物学和人类学，他那敏锐细腻的观察能力在这些学科中也派上了用场。
等到孔达米恩和马丹那多抵达基多时，测量地球曲率的任务进展不顺。多疑的政治家们怀疑这个小组是为了搜寻印加财宝，对他们在勘测中留下作为记号的锥形石块产生误解。所以，孔达米恩不得不抽出时间到利马，以便为他们不受干扰地完成勘测任务而申请许可。最后他们成功地沿着高原绘出一条基线。然后，他们往南向昆卡附近进发，于1743年3月终于完成最后的测量。
就在那里，孔达米恩再一次与马丹那多汇合，穿过安第斯去亚马逊河，沿路走了数百英里。孔达米恩是第一位对该地区进行详尽全面考察的欧洲人。沿路他收集了几百种植物标本，并且未曾中断他自赤道起就开始的观察。
孔达米恩和他的小组又用了好几年才完成任务，但是他们的探险，对于地球形状的测量，不仅比拉普兰探险队更仔细更精确（这就为牛顿的理论提供了坚实的验证），而且还为大范围的科学探险建立了一个扎实的传统，这就是发扬坚韧不拔的精神，全面精确地采集每一种事实。
金星凌日和库克船长
日-地距离问题激励了第二波探险激情，它在数量上和强度上甚至超过上次对地球形状的测量。
几乎从一开始，天文学家就试图测量太阳、月亮和恒星到地球的距离。但是由于没有直接的测量方法，要解决这个问题实在太难了。有两位古希腊人，阿里斯塔克斯和喜帕恰斯曾经试过，但是没有成功。（阿里斯塔克斯认为，太阳到地球的距离大约是月亮到地球距离的18至20倍，但实际上大概是340倍。喜帕恰斯的估计更正确些，但仍然相差甚远。）直到1800年后，开普勒对行星轨道有了关键性的发现，人们才找到更好的方法。开普勒意识到，行星以椭圆轨道围绕太阳运动，每个行星距太阳的平均距离，与行星运行一圈所需的时间有一定的数学关系。所以，如果能测定某颗行星到地球的距离，并且知道这颗行星绕太阳一圈的时间，就有可能测定地球到太阳的距离。通过运用三角测量法（基于三角法建立的测量系统），在理论上有可能测定地球到附近行星的距离。1672年，卡西尼曾经试图利用火星来做这项计算，他用望远镜测量小的角度。他得到的太阳距离——8600万英里，远比前人更接近我们现在知道的结果——9300万英里，但是过程和结果依然有不确定性并令人失望。
后来，哈雷指出，金星也许是比火星更好的候选者，因为它比火星更接近地球。但是金星距地球的最近点，也是距太阳的最近点，这样它就难于被观察到，除非遇上一个罕见的时刻，就在它越过日轮那瞬间。从地球上看这一现象，就叫做凌日，有时也称之为掩始，因为对于观察者来说，行星好像隐藏在太阳那巨大的发光球体之中。1691年哈雷建议说，这样的凌日应当是地球上不同地方同时测量的极好机会，就从掩始现象开始发生那刻进行计时，此时在太阳光的映衬之下，金星显出轮廓，直至它在另一端消失为止。但是金星凌日并不经常发生。实际上在100多年期间，只发生两次（一对），两次间隔8年。从轨道计算得知，下一对将在1761年和1769年出现。1716年，哈雷向皇家学会提交报告，号召立即行动起来，在世界范围内进行合作观察。
1769年库克船长在“奋进号”上正在考察新西兰。于是，各就各位。新闻媒体报道这一使人兴奋的事件。凌日之际观察金星的最佳位置被标示出来。来自世界各地的科学家聚集在一块。还有来自美国的科学家，其中包括梅森（CharlesMason，1728—1786）和狄克逊（Jeremiah Dixon，1733—1779）（他们是美国梅森·狄克逊线的勘测师，这条线标志着美国南北的分界）。梅森和狄克逊是坐船来到非洲的好望角。1761年，122位观测者，从62个不同的地点观察金星，观测点从纽芬兰到西伯利亚、从北京到加尔各答、从里斯本到罗马……这也许是第一次伟大的国际科学合作事件，人们热情高涨，但是尽管观测认真，准备充分，结果却不够明朗。
这是因为金星被一层大气环绕着，它的边缘模糊不清。结果出现了一个所谓“黑点”或“黑线”效应，当金星已经完全进入日轮时，即使眼力最好的观察者也难以精确地辨别。和雨滴沾在雨伞上一样，金星的外沿似乎也沾于周围的天空。结果甚至在同一观测点，首席观察者用相同的望远镜来观测，得出的结果都不尽相同，实在令人失望。
幸亏还有一个机会：1769年再次凌日。这次观测点增加为77个，观察者的人数达151位，许多观测点位于边远与世隔绝的地区，其中包括墨西哥的下加利福尼亚、西印度洋群岛、拉普兰和俄罗斯的北极地区。其间发生的最著名的事件是由伟大的科学家兼探险家库克（CaptainJames Cook，1728—1779）所率领的一支船队的航海经历，这艘船名为“奋进号”，目的地是南太平洋新发现的塔希提岛。
这是库克第一次在太平洋里航行，整个航行期间，他们收集了大量知识，而欧洲从前对此一无所知。1768—1771年间，“奋进号”探险的初始目的当然是观察和测量金星凌日。库克本人就是一位能干的天文学家，他有依靠恒星导航的非凡才能。和他一起观察金星凌日的还有天文学家格林（CharlesGreen，1734—1771）。此外，这个科学团队还包括班克斯爵士（Sir Joseph Banks，1743—1820），他是一位富有的年轻探险家、艺术家，曾为“奋进号”上国际自然历史联合会的其他8位成员提供经费，购买科学供应和设备。团队中还有几位杰出的斯堪的纳维亚科学家。
1769年4月，“奋进号”抵达塔希提，距6月3日的凌日还有大量时间，于是他们建造了观测站（这个站现在仍然叫做金星点）。但是凌日这一天令人失望。正如库克在他的航海日记中所写：
星期六，3日。今天天气晴朗，正如我们所愿。整天看不到一片云彩，天高云淡，所以我们有足够的有利条件来观察金星越过日轮的全过程；我们清楚地看到，在金星周围有大气或尘埃阴影，大大干扰了对于相交时刻的观测，尤其是在两个内部相交点上。索伦德尔博士、格林先生以及我自己的观测数据，对于相交时刻的记录都有所不同，并且这种不同超过期望值。
条件看来相当不错，但即使这样，仪器还不够灵敏，还不足以提供确定、精确的测量。
一旦世界各地对1769年的金星凌日的测量结果得以汇总并且作出分析——大概经历了60年——就得到了结果，得到的平均值是9600万英里，比先前所有的数据都更接近正确值9300万英里。（我们今天公认的数据精确到小数点后好几位，是用雷达技术在20世纪中叶得到的。）基于1769年的测量，得知太阳系几乎等于托勒密所估计的整个宇宙大小的100倍，这对人们的世界观是一种极大的冲击。但是，18世纪的科学家并不满足于这一点，他们追求的是更精确的测量，就此而言，库克对自己的航行显然有所失望。
库克1769年探险的另一项主要任务是向南航行，寻找尚未勘探过的澳洲大陆。对于这一任务他也没有成功。但是，正如科学上常常发生的那样，失败中不乏有成就，因为他是在从未有人探索过的水域里航行。他发现了70个岛屿，取名为社会群岛。他到达了新西兰的海岸，在大堡礁上停留，发现了植物湾和库克湾。他的博物学家们第一次看见袋鼠。班克斯和他的同事索伦德尔（DanielSolander，1733—1782）收集了17000种植物新物种、几百种鱼类和鸟类以及许多动物的皮毛。船上的艺术家回到欧洲，带回了具异国情调的各类绘画，素描作品，原住民风俗还有欧洲人根本无法想象的动植物品种。库克还曾两次到达太平洋，最后一次竟以悲剧告终。他被夏威夷人杀害，而就在几天之前，他们还把他当神来供奉。不过，库克船长的三次探险都带回大量发现，内容有关新大陆的人种、植物、动物及地块知识。
库克代表了18世纪流行的那种兼容并收的科学家形象，当时，一位伟大的航海家可以对科学作出重大贡献：为天文学提供精确的测量和观测，为地理学提供地图和海图的编制，对植物学、动物学和人类学提供丰富的观察事实和比较描述。这是伟人可以在许多领域作出贡献的时代。实际上这个时期各个领域的界线尚未形成，独立的学科是后来的事——在这个时期，化学家可以既是物理学家也是生理学家，地质学家也可以是植物学家和动物学家，数学家和音乐家同时也可以是天文学家。
恒星、星系和星云
对于那些眺望太空，试图揭示其神秘性的人们来说，18世纪带来的是一批崭新的挑战。直到17世纪末，行星的复杂路径还始终吸引着权威天文学家的注意。记录可以追溯到公元前数千年，那时最早的占星术师注视着这些“漫游者”，把复杂的哲学和法术活动（诸如占星术）建筑在他们所见的现象基础上。相形之下，在天空稳定不动的恒星似乎更可预测，唯一的例外是现在解释成地球围绕太阳的运动。古人——即使机智的古希腊人和善于观察的古代中国人都相信恒星和行星不一样，它们是不动的。伟大的希腊哲学家亚里士多德和几个世纪以后的追随者托勒密都把宇宙想象成是由层层镶嵌的天球组成，其排列就像是一个围绕着地球的洋葱，不动的恒星镶嵌在外层球面上。17世纪哥白尼的新见解澄清了许多有关太阳系的混乱看法，意识到太阳处于中心位置。但即使这一新的革命性宇宙观，也把不动的恒星放在行星轨道之外。哥白尼、开普勒和牛顿以及牛顿定律解释了行星的运动。但是如果牛顿定律确实是“普遍”的，那么，恒星是不是也有可以预测的运动？牛顿没有提到这个问题。为此我们将目光转向牛顿的年轻信徒——哈雷。
关于恒星和彗星
哈雷生于1656年11月，是富有的伦敦肥皂制造商之子。就在成为牛津大学学生时，他对天文学发生了兴趣。就在19岁，还是一个学生时，他就出版了一本关于开普勒定律的书。这本小册子引起了弗拉姆斯提德的注意，同年弗拉姆斯提德就任英国第一任皇家天文学家，正开始收集北半球新恒星表。他对哈雷的书印象深刻，鼓励这位年轻人进一步做下去。
到了17世纪70年代中期，望远镜和其他设备的改进表明旧的星表有许多不精确之处，急需新的星表。于是，正当弗拉姆斯提德等人忙于为北半球天空编制星表时，雄心勃勃的天文学家哈雷却想到南半球的天空尚无人问津。于是，他说服了父亲资助这一旅行，向牛津大学申请了休学，就登上了去南半球的航船，为那里的繁星制作星表。
哈雷第一个根据牛顿运动定律计算彗星的轨道。在这一画面中我们看到哈雷彗星和欧洲航天局的太空船乔托。乔托在1986年访问过哈雷彗星。之后的一年半，从1676年到1678年，哈雷和全体船员呆在非洲西南海岸外面荒凉的圣海伦纳岛上，始终孤独地守着望远镜。气候极其恶劣，对天文观测极为不利，对年轻的哈雷也不例外。但是最终他起航回到英国，带回以前从未有过的南半球星空的星表，列出了不下于341颗以前从未在图中标注过的星星。如果气候更为有利的话，哈雷原本希望列出更多。但是1679年发表的《南半球恒星表》（Catalogus Stellarum Australium）已经足以使哈雷在伦敦的科学精英中名声大振。弗拉姆斯提德欢呼他是“南半球的第谷”。几年后，弗拉姆斯提德却和哈雷发生争执，为的是要匆忙出版弗拉姆斯提德自己的一部星表。但是这得哈雷说了算，他充分地利用了这一点，尽管做得极有礼貌和周到。由于巨大的成功，哈雷被邀加入享有盛名的皇家学会。这里的一切令人兴奋，年轻的哈雷突然发现自己置身于一群巨人当中，其中有牛顿、胡克、弗拉姆斯提德以及魅力超凡的雷恩。但是，聪明谦逊并讨人喜欢的哈雷很快就被接受了。出乎意料的是，他甚至和沉默寡言、经常发脾气的牛顿交上了朋友。第一件事情是《自然哲学之数学原理》的问世。哈雷不仅鼓励牛顿出版这一革命性的巨著，而且自己掏腰包资助出版，因为皇家学会的经费不足。对于哈雷来说，钱从来都不是问题，他父亲被神秘地谋杀后，他继承的遗产足以让他过上舒适的生活。